UNIDADES PROGRAMACION MENSUAL. GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA MARINA Profesores Beatriz Camara (UTFSM) José Gallardo (PUCV)

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1 UNIDADES Doctorado en Biotecnología I Semestre 2015 GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA MARINA Profesores Beatriz Camara (UTFSM) José Gallardo (PUCV) Capítulo 1: Acuicultura. Este módulo tiene como propósito que los estudiantes conozcan las técnicas y herramientas de genética y biotecnología que se aplican en la acuicultura. Capítulo 2: Biodiversidad Marina. Esté módulo tiene como propósito que los estudiantes conozcan los ecosistemas marinos y como su complejidad genera una enorme biodiversidad genética susceptible de ser utilizada por los biotecnólogos. Capítulo 3: Microbiología Marina. Este módulo tiene como propósito que los estudiantes conozcan las técnicas moleculares y funcionales que se aplican en la biotecnología marina y que aborda el desarrollo de microorganismos marinos para la producción de compuestos bioactivos con usos en la industria farmacéutica, veterinaria, y biocontrol. METODOLOGIA Y EVALUACION METODOLOGIA DE TRABAJO: Clases teóricas Tareas Seminarios Visita de expertos Visitas a empresas relacionadas con la biotecnológica marina. EVALUACION: El curso será evaluado a través de: 4 evaluaciones (25% c/u ). MARZO Martes 17. Presentación del curso Clase 1. Mejora genética en acuicultura Martes 24 Clase 2. Resistencia genética a patógenos Martes 31 Clase 3. Visita empresas STGO. PROGRAMACION MENSUAL ABRIL Martes 7 Clase 4 EVALUACIÓN 1. PRESENTACION Y DEFENSA DE TAREA ABRIL Martes 14 Clase 5. Genómica Clase José Gallardo. Martes 21 Clase 6 Marcadores genéticos Clase José Gallardo. Martes 28 Clase 7 PRESENTACION Y DEFENSA DE TAREA 1

2 CARÁCTER BIOLOGICO CUALITATIVO Expresa una cualidad. Controlados por pocos genes. Sin influencia del ambiente sobre su expresión. Carácter biológico: Pigmentación de la piel. Fenotipo: Pigmentado v/s NO pigmentado DOMINANCIA COMPLETA DEL GEN TYR CUÁL ES MI GENOTIPO? = TT - Tt - tt Precursor de melanina Homocigoto dominante T T Melanina Heterocigoto T t Homocigoto recesivo t t 2

3 CARÁCTER BIOLOGICO CUANTITATIVO Expresa una cantidad. Controlados por muchos genes. Gran influencia del ambiente sobre su expresión. EFECTO DE UN GEN SOBRE UN RASGO CUANTITATIVO Supuesto: Ambiente (E) = 0. P = G Genotipos EE Ee ee Valor fenotipo 14 g 12 g 6 g Genotipo + Ambiente (manejo productivo) = Fenotipo Efecto aditivo del gen (a) a = + 4 g Desvío de dominancia (d) d = + 2 g Genotipos HERENCIA DE GENES CUANTITATIVOS Dominancia parcial Valor fenotipo EE 35 Ee 30 ee 15 Efecto aditivo del gen (a) a = + 10 g Desvío de dominancia (d) d = + 5 g Dominancia completa Genotipos Valor fenotipo EE 35 Ee 35 ee 15 Efecto aditivo del gen (a) a = + 10 g Desvío de dominancia (d) d = + 10 g DETERMINE EL EFECTO ADITIVO (a) Y DE DOMINANCIA (d) DEL GEN E. Genotipos Acción aditiva Valor fenotipo EE 35 Ee 25 ee 15 a =? d =? Sobredominancia Genotipos Valor fenotipo EE 35 Ee 45 ee 15 a =? d =? 3

4 SELECCIONE 4 PECES POR TAMAÑO Carácter cuantitativo: Peso (gramos). Pez Fam A Fam B Fam C Fam D Promedio Fam Promedio Total 70 QUÉ ES EL MEJORAMIENTO GENETICO? Son técnicas y procedimientos de genética que permiten modificar caracteres biológicos (cualitativos o cuantitativos), de importancia económica, para mejorar la eficiencia de los sistemas productivos en la empresa. TECNICAS Y PROCEDIMIENTO DE GENETICA MEJORA GENETICA POR SELECCIÓN ARTIFICIAL MEJORA GENETICA POR SELECCIÓN ARTIFICIAL Grupo seleccionado h 2 = heredabilidad. S = diferencial de selección. IG = Intervalo generacional. Hijos grupo seleccionado R = Respuesta a la selección en una generación R= h 2 S IG 4

5 HEREDABILIDAD SELECCIÓN ARTIFICIAL Y HEREDABILIDAD Es una medida de la variación genética aditiva de un rasgo cuantitativo h 2 = 0-1 h2 = 0,4 h 2 = 0,05 MEJORA GENETICA EN EL LARGO PLAZO CORRELACION GENETICA ENTRE RASGOS 5

6 INTERACCION GENOTIPO - AMBIENTE QUÉ INFORMACION NECESITO PARA SELECCIONAR AL MEJOR PEZ? CLASIFICAR CARACTERES BIOLOGICOS Donde quiero llegar? Obje3vo de mejoramiento (Necesidad) Sexo - Peso smolt - SGR - IGS - Peso WFE Madurez - Gaping - Color filete - Rendimiento filete Sobrevivencia Resistencia a caligus - Resistencia a SRS. Cómo alcanzo ese obje3vo? Diseño y estructura (Recursos) Cualitativo Cuantitativo ECONOMICAMENTE CUÁL VALE MAS? 6

7 OBJETIVO DE MEJORAMIENTO GANANCIA GENÉTICA ECONÓMICA (ΔH) Combinación de caracteres biológicos que desean ser mejorados por la influencia que tienen en el beneficio (rentabilidad) económico del productor (Ponzoni, 1992). H = v 1 BV 1 + v 2 BV 2 + v 3 BV 3 + v n BV n BV i = Breeding value (Valor de genético aditivo para cada rasgo). V i = Ponderación económica. Ganancia genética económica 1 rasgo ΔH = v1* ΔG Ganancia genética económica varios rasgos ΔH = m i vi * ΔG Criterio de selección = I ESTRUCTURA PROGRAMAS DE MEJORA GENETICA EN ACUICULTURA Combinación de caracteres biológicos que se pueden medir de forma práctica y económica, que están correlacionadas con H y que por tanto se usan para la selección de reproductores. I = b 1 PBV 1 + b 2 PBV 2 + b 3 PBV 3 + b i PBV i BV i = Predicted Breeding value o valor mejorante para cada rasgo (BLUP). b i = Coeficiente que maximiza la respuesta económica en H. 7

8 DISEÑO Y ESTRUCTURA 2.- ESTABLECER UN TIPO DE APAREAMIENTO FAMILIAR Y REGISTRO DE DATOS PARA ESTIMAR PARÁMETROS GENÉTICOS. 1.- Establecer una población base con alta variabilidad genética. 2.- Establecer un 8po de apareamiento familiar y registro de datos para es8mar parámetros gené8cos. 3.- Establecer una metodología de selección que maximize ΔG y minimize ΔF. 4.- Establecer un sistema o estructura que permita diseminar el progreso gené8co a producción. Núcleo Peces para selección Centros de prueba Peces para evaluación 3.- ESTABLECER UNA METODOLOGÍA DE SELECCIÓN QUE MAXIMIZE ΔG Y MINIMIZE ΔF. MODELO LINEAL MIXTO BLUP (Best Linear Unbiased prediction) Método BLUP requiere: 1.- Matriz de fenotipos (y). 2.- Matriz de parentesco (A): genealogía. 3.- Matrices de diseño (XZ): Piscicultura, Estanque, Fecha desove, etc. 4.- Parámetros genéticos y fenotípicos (λ): varianzas (h 2 ), covarianzas (rg). Parentesco: Dos individuos son parientes si tienen ancestros en común o si uno es antecesor de otro. X A B Y PARENTESCO Vías de conexión A X B Y BV i = Predicted Breeding value 8

9 PARENTESCO Rxy: Proporción de genes que comparten dos individuos emparentados. Medios hermanos (hermastros) Hermanos completos A B C A B PARENTESCO Para la siguiente genealogía calcule el coeficiente de parentesco entre los individuos: A) Individuo 2 individuo 12 B) Individuo 12 individuo 14. X Y X Y Rxy = ( ½ ) 2 = 1/4 Rxy = ( ½ ) 2 + ( ½ ) 2 = Rxy = Σ ( ½ ) n1 + n2 CONSANGUINIDAD Def.: Cruzamiento o reproducción entre individuos emparentados. DEPRESION POR CONSANGUINIDAD DEF. 1. Disminución del valor fenotípico promedio (rasgo cuantitativo) en una población (Lynch y Walsh, 1998). DEF. 2. Aumento de malformaciones en los animales o aumento de enfermedades de tipo hereditarias producto de la consanguinidad (Tave, 1996). A y B son homocigotos recesivos, pero solo A es consanguíneo. 9

10 COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD Padre Abuelo a 1 a 2 Nieto El coeficiente de Consanguinidad (F ) de un individuo es la probabilidad de que dos alelos presentes en él sean idénticos por descendencia. Madre a) Probabilidad de que el nieto tenga dos alelos A 1 : a. A través de la madre = ½ * ½ = ¼. b. A través del padre = ½ * ½ = ¼ c. Total = ¼ * ¼ = 1/16. b) Probabilidad de que el nieto tenga dos alelos A 2 : a. A través de la madre = ½ * ½ = ¼. b. A través del padre = ½ * ½ = ¼ c. Total = ¼ * ¼ = 1/16. c) Probabilidad de que dos alelos en el nieto sean idénticos por descendencia F x = 1/16 + 1/16 = 1/8 = COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD Padre Abuelo a 1 a 2 Nieto Madre COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD Abuelo A PARTIR DE LA SIGUIENTE GENEALOGÍA DETERMINE EL NIVEL DE CONSANGUINIDAD DEL INDIVIDUO Z a 1 a 2 Padre Madre Fx = (1 + F A ) A B Nieto X Y Generalizando, el coeficiente de consanguinidad es n+ n' + 1 F x = ( 1/ 2) (1+ FA ) n = número de generaciones entre el padre y el antecesor común. n = número de generaciones entre la madre y el antecesor común. Z 10

11 PROPORCION DE SEXOS Y CONSANGUINIDAD (F) 4.- SISTEMA O ESTRUCTURA DISEMINACION PMG Ne = 4 * Nm * Nh Nm + Nh Machos Hembras Tamaño efectivo de la población (Ne) Tasa de F = 1/(2Ne) Tasa de consanguinidad (%) BLUP BLUP BLUP BLUP G0 G1 G2 G , , , ,62 COS1 COS2 COS3 4.- SISTEMA O ESTRUCTURA DISEMINACION OTROS PMG 11